Ilya Sychugov 尾身博雄
機能物質科学研究部
ナノ構造の光学的、電気的特性はナノ構造からの発光や電流をプローブすることにより評価することができる。一般に、光の回折限界（約1µm）を超える空間分解能でナノ領域をプローブするためには、近接場型の電磁相互作用が必要となる。近接場光学顕微鏡（SNOM）はこのような近接場の分光応用に対して光による励起と集光を同時に可能とするが、この装置は光ファイバをアパチャーとして利用しているため電流の測定には不向きである。一方、原子分解能を持つ走査トンネル電子顕微鏡（STM）はトンネル電流により材料を発光させることができる。したがって、ナノスケールで電気的かつ光学的なプローブを実現するためには、これらの２つの顕微鏡の機能を兼ね備えた走査型のチップを設計する必要がある（図１）。
我々はチップの形状（図２のD、H、L、θ1、θ2）がその性能に及ぼす効果を評価するために、有限要素法（FEM）によりチップの透過率を様々な動作領域に対してシミュレートした。その結果、SNOM励起モードに対するチップの透過率はチップの形状（θ1とθ2）に大きく依存していることが分かった。図２に見られるように、約２桁に及ぶ強度変調が励起光による干渉の結果としてチップ内に発生している。さらに、チップを覆うように金属の遮蔽膜を設け、その開口部の大きさが光の集光効率に及ぼす効果をSTM発光モードに対してシミュレートした。これらのシミュレーションに基づき集光効率と空間分解能（開口窓の大きさ）の相関からチップの形状を最適化することができることが分かった[1]。
我々はナノ構造（量子井戸、量子ドットなど）の光学的かつ電子的な特性を高分解能で同時評価することを目指し、本装置の開発を進めている。
[1] I. Sychugov, H. Omi, T. Murashita, and Y. Kobayashi, Appl. Surf. Sci.,
in press.
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| 図１ 装置図 | 図２ チップの透過度の計算結果 |